Proceso para el aprovechamiento de lías de vinificación destiladas,

con o sin extracción de ácido tartárico, como suplemento nutricional económico de la levadura Debaryomyces hansenii durante la conversión de xilosa en xilitol. El objeto de esta invención es la formulación de un medio fermentativo económico.Se reivindica la utilización de lías de vinificación, un residuo carente de valor y nocivo para el medioambiente, como nutriente para la formulación de medios fermentativos económicos, y la producción natural de aditivos alimentarios, como el xiltiol. Adicionalmente se puede recuperar el ácido tartárico que contienen las lías.La bioconversión de xilosa en xilitol por Debaryomyces hansenii, requiere el aporte de costosos nutrientes (extracto de levadura, extracto de malta y peptona), incrementando un 30% el coste final del xilitol obtenido. Estas lías se pueden aplicar directamente para obtener un producto natural, reduciendo los costes del proceso, y minimizando el impacto ecológico de estos residuos

Proceso para el aprovechamiento de lías de vinificación destiladas, con o sin extracción de ácido tartárico, como suplemento nutricional económico de la levadura Debaryomyces hansenii durante la conversión de xilosa en xilitol.

Sector de la técnica

El proceso que se describe es de aplicación inmediata en industrias vitivinícolas y destilerías, revalorizando un residuo contaminante y que actualmente carece de aplicación, y en industrias fermentativas, proporcionando un nuevo nutriente para la formulación de medios de cultivo.

Estado de la técnica

La viticultura es un subsector de gran importancia en España que genera grandes cantidades de residuos, entre los que cabe señalar las lías de vinificación. De acuerdo con el Reglamento del Consejo Europeo 1493/1999, por el que se establece la organización común del mercado vitivinícola, estas lías deben de ser enviadas a destilerías de alcohol, produciendo así lías destiladas, las cuales representan elevados volúmenes de residuo con una alta carga orgánica. La DQO y DBO5 se sitúa en 21.715 y 13.440 mg/L respectivamente (Beltrán y col., 1999). El porcentaje total de lías se sitúa en tomo al 2% en peso de los kilogramos de uvas empleadas. Se estima que la cantidad de lías generadas en España en 2005 ascendió a 337.000 toneladas (Bustamante y col., 2008).

Las lías se producen en las propias bodegas durante el proceso de elaboración del vino. A medida que transcurre la fermentación del mosto en vino, las levaduras muertas se van depositando en el fondo de las cubas o toneles. Junto con las levaduras se depositan también otros organismos (principalmente bacterias), materia orgánica (proteínas, taninos...), sólidos minerales, y otros materiales como sólidos empleados en la clarificación), originándose un depósito de composición heterogénea que (salvo en casos muy particulares en que el vino se pone en contacto con un pequeño porcentaje de lías, por ejemplo, en la crianza sobre lías de vinos blancos fermentados en barrica), generalmente no es conveniente que permanezca en contacto con el vino, ya que le podría trasmitir sabores indeseables en un corto período de tiempo, como consecuencia de la lisis de las levaduras, desprendimientos olorosos de la materia orgánica, etc. Para separarlas, se requiere un trasiego o cambio del vino de un recipiente a otro. El número de trasiegos que se realiza a un vino varía dependiendo del tipo de vino, tipo de envase, edad del vino, porcentaje de lías, etcétera.

Las lías procedentes de la fermentación se destilan en bodega o destilerías, para recuperar alcoholes y sustancias aromáticas, quedando por tanto unas lías empobrecidas en estos compuestos. Su composición varía en función del trasiego del que procedan. Estas lías destiladas se procesan parcialmente junto con otros lodos residuales en depuradoras para tratar de disminuir en la medida de lo posible su impacto ecológico. El resto son vertidas a ríos y lagos en el peor de los casos, o bien recogidas por empresas que en su actividad industrial incluyen la gestión de este tipo de residuos mediante la recuperación de productos de interés como el ácido tartárico.

A pesar de las ventajas que presentan los productos biotecnológicos, las tecnologías de fermentación deben de ser competitivas en costes con la síntesis química. En los procesos fermentativos, el coste del medio de cultivo puede representar un 30% del total (Miller y col., 1986). La mayoría de los estudios existentes en la producción de xilitol fueron realizados en medios que contienen nutrientes muy caros tales como extracto de levadura, extracto de malta y peptona (Rivas y col., 2007). En este contexto, la búsqueda de medios alternativos más baratos tiene un obvio interés económico.

Durante el proceso fermentativo de bioconversión de xilosa en xilitol se ha probado una gran variedad de fuentes de nitrógeno como medio fermentativo (ácido casamino, licores del procesado de maíz, extracto de levadura, extracto de malta, peptona, sulfato amónico, urea, glicina, nitrato amónico, bifosfato amónico, nitrato potásico, etc), pero en ningún caso se obtuvieron concentraciones tan elevadas como aquellas obtenidas con el extracto de levadura como fuente orgánica de nitrógeno, tanto al emplear Debaryomyces hansenii (Carvalheiro y col., 2006) como Candida boidinii (Vongsuvanlert y Tani, 1989). El extracto de levadura es un concentrado obtenido a partir de la fracción soluble de células de levaduras autolisadas, compuesto por péptidos, aminoácidos, carbohidratos, sales y vitaminas. Dicho extracto se puede utilizar como suplemento nutricional en fermentaciones. Las principales contribuciones del extracto de levadura son las bases púricas y pirimídicas así como las vitaminas del complejo B. Dado que muchos microorganismos tienen limitada capacidad para sintetizar vitaminas B y aminoácidos, el extracto de levadura se utiliza a menudo para suplir estos factores (Hofvendahl y Hahn-Hagerdal, 2000).

Las proteínas que contienen las levaduras se encuentran dentro de la célula, y generalmente no pueden ser secretadas al medio a no ser que la propia levadura presente enzimas endógenas que induzcan la autolisis. En estos casos se debe recurrir a distintos métodos de rotura celular que permiten la liberación de los componentes intracelulares al medio, con lo que se obtiene una compleja mezcla de péptidos, ácidos nucleicos y fragmentos celulares. La autolisis (en donde las levaduras se rompen por acción de sus propias enzimas endógenas) y el tratamiento térmico moderado son los métodos de ruptura celular más empleados en la obtención de extracto de levadura. Estudios bibliográficos han considerado el empleo de la levadura procedente de los procesos de producción de la cerveza como suplemento para el crecimiento de Lactobacillus plantarum en suero (Selmer-Olsen y Soerhaug, 1998) o Bacillus thuringiensis kurstaki (Saksinchai y col., 2001). La obtención de ácido láctico utilizando autolisados de levadura como suplemento nutricional ha sido también considerado (Amrane, 2000), por lo que resulta atractiva la hipótesis de emplear las lías procedentes de la fermentación del vino, tras las etapas de acondicionamiento necesarias, como nutrientes económicos en aquellos procesos fermentativos que requieran un coste elevado de nutrientes, con la ventaja adicional de eliminar una fuente de residuos contaminantes, con las consiguientes mejoras competitivas y de imagen de las empresas involucradas.

Explicación de la invención

1: Breve explicación de la invención

Frente a las tecnologías llevadas a cabo hasta la fecha para la bioconversión de xilosa en xilitol mediante la cepa Debaryomyces hansenii, y que incluye la adición de costosos nutrientes comerciales (como extracto de levadura, extracto de malta y peptona), el procedimiento que aquí se propone para la producción biotecnológica de xilitol emplea como único complemento nutricional, las lías de vinificación destiladas, a las que no es necesario realizarles ninguna etapa de fraccionamiento previo para liberar las sustancias que contienen en su interior. Tal procedimiento se concreta en:

- Solubilización del ácido tartárico presente en las lías destiladas empleando ácido clorhídrico al 37% en peso según la Figura 1 que se describe a continuación.

- Fermentación de xilosa en xilitol mediante la levadura Debaryomyces hansenii, empleando 20, 30 ó 40 g/L de lías destiladas, en las siguientes condiciones:

1. Proceso para el aprovechamiento de lías de vinificación destiladas como único suplemento nutricional para la producción de un aditivo alimentario natural, el xilitol, por fermentación de disoluciones de xilosa, caracterizado por el empleo de la levadura Debaryomyces hansenii.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que dichas lías destiladas pueden ser sometidas a una etapa previa de recuperación del ácido tartárico que contienen, a fin de incrementar los beneficios derivados del aprovechamiento de este residuo.

3. Proceso según las reivindicaciones 1 y 2, en el que dichas lías destiladas, con o sin la etapa de solubilización del ácido tartárico, se emplean directamente sin necesidad de llevar a cabo etapas adicionales de fraccionamiento para la liberación de las sustancias que contienen.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 y 3 para producir medios de fermentación constituidos por una fase acuosa, comprendiendo dicha fase acuosa: